大功率太赫兹返波管的数值模拟研究

为了提升传统超高频小功率返波管的工作频率和输出功率,提出了一种过模表面波太赫兹返波管的紧凑结构.其中,慢波系统是在一段过模圆柱波导内壁沿圆周方向平行挖去若干个均匀环形槽构成的,相邻槽间距固定不变.该结构较之传统的单模结构能有效地降低管内电场强度、避免场击穿,提高系统在太赫兹频段的功率容量.采用数值模拟的方法对该慢波系统的结构参数进行了筛选,最终选取波导内半径为2 mm、槽深为0.2 mm、槽宽为0.6 mm、单周期长度为1 mm,共采用17个周期.利用2.5维粒子模拟程序对系统进行了热测实验,在电子注电压为550 kV、电子注电流为350 A的条件下,模拟得到了14.4 MW的峰值功率输出,其能量转换效率达到7.5%,振荡频率高于0.14 THz,时域波形及频谱特性良好.     

270GHz光子晶体回旋管的注-波互作用

研究了高阶光子带隙的TE模式分布,计算结果显示虽然本征频率在200~300GHz的光子晶体谐振腔具有模式选择性,但仍存在少数竞争模式.将光子带隙结构与回旋管注-波互作用非线性理论相结合,研究了270GHz 3次谐波类TE15模的光子晶体回旋管,通过调整电子注参数,使工作模式达到单模运行,并得到了43kW的输出功率和14.3%的注-波互作用效率.     

休斯型耦合腔电磁色散特性研究

微波电子器件中填充等离子体是提高其输出功率和效率增加工作带宽的有效途径之一.利用电磁场分析理论模型,研究了行波管耦合腔高频慢波结构的色散特性,建立了填充等离子体耦合腔高频慢波结构的色散分析模型.研究表明,填充等离子体后高频慢波结构的色散行为发生了重大变化.首先是当电磁波频率高于等离子体频率时,色散频谱有一个微小的上移;其次是当电磁波频率低于等离子体频率时,发现了一种新的电磁波模式——混合模.工作在混合模的行波管具有更宽的带宽,可达到未填充等离子体时的带宽的一倍以上.混合模是体积模,电场在电子通道的对称轴附近最强,更有利于电子与微波之间能量的有效交换,易于实现大功率微波电子器件.     

等离子体填充相对论行波管

相对论行波管是近20年来发展起来的一种重要的高功率微波器件,它利用电子注中的慢空间电荷波与结构波发生同步互作用来实现高频信号放大.近年来研究发现,当在微波器件中填充了等离子体以后,器件的输出功率和互作用效率得到显著提高,同时等离子体还可改善电子注的传输质量,甚至取消笨重的外加磁场.综述了等离子体填充相对论行波管的研究背景和国内外的发展概况,报道了该类器件在理论和实验研究两个方面的最新进展,具体分析了等离子体加载两种慢波结构--波纹波导和螺旋线中电磁波传播的色散方程,预测了该类器件的发展趋势,提出了一些建议.     

W波段千瓦级正弦波导行波管电磁系统的理论研究

提出了一种可运用于W波段大功率行波管的两段式正弦波导电磁系统,设计了集中衰减器和输入输出结构,运用粒子模拟的方法研究了带状电子注与慢电磁波在该系统中的互作用结果.研究结果显示,该行波管能够在90-98GHz的频率范围内均获得1kW以上的峰值功率输出.这对宽带大功率毫米波辐射源的开发具有重要科学意义.     

多注行波管慢波结构的耦合阻抗研究

文章从理论上分析了多注行波管耦合阻抗原理,利用自行研制的数值软件建立了多注行波管慢波结构模型,模拟了多注慢波耦合特性,得到耦合阻抗曲线,并分析了相关参数对多注行波管耦合阻抗的影响;最后得出结论,多注行波管耦合阻抗较大,故其波注互作用效果明显,增益较高。     

多注行波管高频特性三维软件模拟

文章利用CST-MWS和MAFIA 2种软件对多注行波管慢波系统进行了较全面地模拟分析,其中包括建立多注行波管慢波结构模型,得到其电场分布图并计算了腔体品质因数。同时模拟计算了多注行波管慢波系统色散特性和耦合阻抗,得到了相移-频率曲线和耦合阻抗曲线,与理论分析相比,高频特性的三维软件模拟结果较好。     

谐振型声表面波无线温度传感器

从声表面波振荡器的温度敏感机理,阐述了所提出的一种谐振型声表面波无源无线温度传感系统的结构和工作原理,并测量了该传感系统的温度———频率特性.实验结果表明,以L iNbO3为基片的谐振型声表面波无源无线温度传感系统具有较高的温频线性度和较高的温度灵敏度.     

关于石英单模光纤受激布里渊散射门限功率的讨论

本文探讨各种石英单模光纤的受激布里渊散射门限功率 ,论述影响门限功率的各种因素 ,特别是有效芯区面积 .指出一般的有效芯区面积不应当用模场直径计算 .发现由于受激布里渊散射增益和模场分布不同 ,色散位移光纤与常规单模光纤的受激布里渊散射门限功率相差无几 ,因此可以放心地在超长距离传输系统中应用色散位移类单模光纤     

相对论直线电子注与慢波相互作用系统的色散关系的研究

研究了相对论直线电子注与介质中的慢波相互作用系统的色散关系.研究表明当电子注的速度超过介质中电磁波的相速度时有不稳定性产生.通过冷流体近似的办法,在小信号极限下得到了色散关系的方程式增长率以及空间增长率的解析表达式.这种特有的色散关系的研究对研制一种新型的微波致密大功率输出器件具有一定的理论指导意义.     

基于纳米复合材料的太赫兹滤波器研究

为了克服高阻硅片过低的太赫兹透过率和激光阈值,通过放电等离子体烧结(SPS)工艺制备了一种新型纳米复合材料,可以作为透过太赫兹波、隔离飞秒激光的高效太赫兹滤波器件.器件整体设计原理主要基于瑞利散射,粒径100nm左右的纳米颗粒可以选择性地使太赫兹波高效透过,透过率最多达90%,远超高阻硅片50%的透过率,并且可以散射掉大部分波长为800nm的高能激光.器件由太赫兹频段吸收率很低的金刚石纳米颗粒和真空球磨得到的高阻硅颗粒组成,金刚石的高熔点提高了激光阈值,疏松多孔的结构进一步减少了太赫兹波段菲涅尔反射损失,器件整体性能优异.     

Smart Processing in Materials Tectonics:Fabrication of Photonic Crystals for Terahertz Wave Control by Using Micro-Stereolithography

Photonic crystals with three-dimensional dielectric structures were fabricated to control terahertz waves effectively by using micro-stereolithography of a CAD/CAM process. The photonic crystals with a diamond structure composed of acrylic lattice with nanosized alumina particles were fabricated. Dense alumina structures were obtained by successive dewaxing and sintering in an air atmosphere. The electromagnetic wave properties of these samples were measured by using a terahertz spectroscopy device. The micro periodic structures exhibited perfect band gaps in the terahertz range. To control terahertz waves, micrometer sized electromagnetic devices for cavities, filters, and antennas will be necessary.     

Study on the bulk wave radiation of finite-length SAW devices using FEM/BEM

When interdigital transducers excite surface a coustic wave (SAW or LSAW), three possible bulkwave modes (BAWs) are excited and radiate into thebulk of substrate. Generally speaking, the radiationof bulk waves can degrade the performance of SAWdevices, so it needs to be suppressed.On the substrates of LiNbO3 and LiTaO3, whichare widely used in modern communication systems,radiation of bulk waves is one of the major causes ofattenuations. In SAW devices on such substrates,…     

基于超材料的太赫兹角度滤波器研究

提出了一种基于超材料的太赫兹低通角度滤波器,该角度滤波器是一种仅允许法向入射太赫兹波透过而将其他方向传播太赫兹波滤除的器件,其结构为螺旋的左右对称开口的金属双环.仿真结果表明,在0.94 THz频率处,该器件的透射效果随着入射角的增大明显降低,且对法向入射的透射率达到94.4％,3 dB角域带宽达到25.0°.所提出的太赫兹角度滤波器在角度波谱分析、雷达数据处理、隐私保护、高信噪比检测器等领域具有重要的应用前景.     

振荡浮子式波能转换装置阵列的物理模型水池试验

振荡浮子式波能转换装置在防波堤上进行阵列化布置时,各装置的浮子获能体之间会发生复杂的水动力相互作用,影响装置的运动和发电性能.开展物理水池试验,研究了防波堤前振荡浮子式波能装置阵列的水动力响应特性,着重分析了不同波浪条件下浮子尺寸和分布间距对装置运动性能和发电功率的影响规律.研究发现,在所考虑的参数范围内,相同波况条件...     

双鞍型天线与螺旋波等离子体的耦合距离对功率沉积的影响

采用自主编写的程序HWAP(helicon wave at plasma)模拟了双鞍型天线与均匀柱状螺旋波等离子体相互作用时耦合距离对功率沉积的影响。模拟结果表明:1)在一定实验条件下,双鞍型天线发射的波在等离子体中同时激发螺旋波和Trivelpiece-Gould(TG)波,控制天线耦合距离可改变TG波在等离子体边界附近的能量沉积分布;2)当天线耦合距离在一定范围内变化时(15.0~30.0 cm),耦合距离的大小能影响螺旋波和TG波在能量沉积过程中起的主导作用;3)当天线放置在等离子体中时,波在等离子体中沉积的总功率随耦合距离的增加而减少,当天线放置在等离子体边界和装置外壁之间时,总功率沉积先增加后减少,存在一个最佳耦合距离使功率沉积最大。     

高性能电控太赫兹幅度调制器研究

设计了一种由具有高谐振强度的四开口圆环超材料结构和高电子迁移率晶体管(high electron mobility tran-sistor,HEMT)复合结构构成的电控太赫兹幅度调制器.将HEMT巧妙地设计在四开口圆环超材料结构的开口处,通过外加电压的方式调节HEMT沟道中的二维电子气浓度,改变超材料结构的谐振模式,进...     

超声波对固体颗粒表面性质的影响

研究了在不同频率、功率、时间、温度条件下超声波对固体颗粒大小的影响;探讨了超声波对十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)阳离子表面活性剂在固体颗粒表面解吸性能的影响.结果表明:功率越大、时间越长,超声波作用后固体颗粒粒径均值越小.温度升高,固体颗粒的运动性能增强,超声波作用后粒径均值在55℃时最小,且在频率为40 kHz、功率为50 W、作用时间为50 min及55℃时,颗粒长轴均值从12.575μm减小到7.799μm,短轴均值从6.998μm减小到5.453μm.同时超声波发生器的功率越大、时间越长、温度越高,黏土颗粒表面吸附HDTMA的解吸率增大,且当频率为80 kHz、功率为50 W、时间为50 min、温度为65℃时,其解吸率可达64.69%.     

炸药性能对地震波品质影响的Hilbert-Huang变换分析

为检测爆炸地震波的品质(能量,主频),探寻激发高能量、高频率地震波的炸药震源,选用梯恩梯(TNT)、梯铝(TL)、8701,黑火药(BP)进行浅埋土中爆炸试验. 并利用Hilbert-Huang变换(HHT)对距离震源10～65 m处地面振动速度信号进行分析,结果表明:高能量高爆速炸药8701震源激发的地震波能量大,但频带较窄,主频较低,高频率段能量随传播距离衰减较快;低能量低爆速炸药BP激发的地震波频带较宽,主频也较高,但地震波能量过低;含铝炸药TL激发的地震波能量大,且随传播距离衰减速度较慢,主频介于黑火药BP与炸药8701之间.